Кадровая частота – Связь кадровой частоты и частоты развертки или бывает ли больше 60 fps? — Хабр Q&A — Эксперт — интернет-магазин электроники и бытовой техники

Содержание

Кадровая частота — Википедия

Ка́дровая частота́, частота́ кадросме́н (англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) — количество сменяемых кадров за единицу времени в компьютерных играх, телевидении и кинематографе. Понятие впервые использовано фотографом Эдвардом Майбриджем, осуществлявшим эксперименты по хронофотографической съёмке движущихся объектов несколькими фотоаппаратами последовательно^[1]. Общепринятая единица измерения — кадры в секунду.

[3]. Эта частота выбиралась киномехаником самостоятельно, исходя из «темперамента» публики^[4]. Роль человека, вращавшего ручку кинопроектора на заре кинематографа считалась не менее важной, чем роль создателей фильма: подбор темпа проекции также считался искусством^[5]. Для более спокойных зрителей выбиралась скорость 18—24 кадров в секунду, а для «живой» публики фильм ускорялся до 20—30 кадров в секунду. После окончания Первой Мировой войны в европейских кинотеатрах наметилась тенденция показа фильмов с увеличенной частотой. Это объяснялось коммерческими соображениями кинопрокатчиков, стремившихся укоротить киносеансы и увеличить их количество. В некоторых случаях демонстрация происходила со скоростью более 50 кадров в секунду, совершенно искажая движение на экране. В Германии даже было выпущено специальное постановление полиции о недопустимости повышения частоты проекции выше стандартной^[4].

[6]^[7]. Частота 24 кадра в секунду стандартизирована консорциумом американских кинокомпаний в 1926 году для новых систем звукового кинематографа: «Вайтафон» «Фокс Мувитон» и RCA Photophone. 15 марта 1932 года Американская Академия киноискусства окончательно узаконила этот параметр, утвердив классический формат в качестве отраслевого стандарта^[8]. Частоты немой и звуковой киносъёмки выбраны как технический компромисс между необходимой плавностью движения на экране, разумным расходом киноплёнки и динамическими характеристиками механизмов киноаппаратуры^[9]. Скорости движения киноплёнки определяют долговечность фильмокопии, наиболее приемлемую при частоте 24 кадра в секунду. Для замедления или ускорения движения на экране существует ускоренная (рапид) и замедленная или покадровая (цейтраферная) съёмки. Киносъёмка с частотой смены кадров, отличной от стандартной, позволяет наблюдать на экране процессы, невидимые глазом или привносит в кинофильм дополнительный художественный эффект.

В отличие от телевидения, кадровые частоты которого различаются в разных странах, в звуковом кинематографе частота 24 кадра в секунду является общемировым стандартом^[10]. Для некоторых телевизионных стандартов это вынуждает применять интерполяцию частоты при телекинопроекции. Главная причина неизменяемости стандарта частоты съёмки и проекции в кинематографе заключается в огромных технологических трудностях её изменения на киноплёнке при печати в разных форматах для различных киносетей. Всё многообразие кинематографических систем основано на общем стандарте частоты, поскольку это единственный параметр, не поддающийся трансформации при оптическом переводе из одной системы в другую. Попытки некоторых разработчиков изменить общепринятую частоту в 24 кадра на 30, чтобы повысить частоту мельканий выше критической для широкого экрана, не увенчались успехом, и кинематографический формат Todd-AO, первоначально рассчитанный на такую частоту съёмки и проекции, был вскоре приведен к общему стандарту

[11]. Частота киносъёмки и проекции панорамных киносистем, первоначально составлявшая 26 кадров в секунду, в последних кинопостановках в этих форматах приведена к общемировому. Возможность перевода стандартов появилась только с отказом от киноплёнки и развитием цифровых технологий кинопроизводства.

Не имели успеха некоторые форматы, рассчитанные на частоту в 48 и 60 кадров в секунду из-за большого расхода киноплёнки и технологических трудностей кинопроекции. Единственное исключение — некоторые стандарты 3D-кинопроекции, в которых используется удвоенная частота 48 кадров в секунду для проекции стереопары. При этом, для каждого глаза частота остается привычной — 24 кадра в секунду. В цифровом кинематографе частота кадров также принята во всем мире равной 24, как наиболее соответствующая эстетике профессионального художественного кино и не требующая неприемлемых объёмов данных. Дробная частота 23,976 кадров в секунду является нестандартной и используется при телекинопроекции для интерполяции в американские стандарты телевидения с частотой 29,97 или 59,94 кадров в секунду. Все частоты киносъёмки, отличающиеся от 24 кадров в секунду, являются нестандартными и применяются в специальных случаях. Вместе с тем, попытки увеличить частоту съёмки и проекции для усиления эффекта присутствия, начавшиеся практически сразу после появления кинематографа, не прекращаются по сей день.

Частоты киносъёмки и кинопроекции[править | править код]

В немом кинематографе частота проекции может не совпадать с частотой съёмки, поскольку в большинстве случаев зрителям не известно, с какой скоростью двигались объекты. Разница может достигать 25, а иногда даже 50 %, не вызывая ощущения неестественности^[3]. В звуковом кинематографе совпадение этих частот обязательно из-за недопустимости искажения синхронной фонограммы. Основные стандарты кадровых частот приведены в списке:

16 — стандартная частота съёмки и проекции немого кинематографа;
18 — стандартная частота съёмки и проекции любительского формата «8 Супер»;
23,976 (24×1000÷1001) — частота телекинопроекции в американском стандарте разложения 525/60, применяемая для интерполяции без потерь;
24 — общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции звукового кинематографа;
25 — частота киносъёмки, применяемая при производстве телефильмов и телерепортажей для перевода в европейский стандарт разложения 625/50. Также использовалась в советской панорамной киносистеме «Кинопанорама»;
26 — частота съёмки и проекции панорамной киносистемы «Синерама»^[12];
29,97002616 (30×1000÷1001) — точная кадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
30 — частота киносъёмки и проекции раннего варианта широкоформатной киносистемы «Тодд-AO»;

48 — частота съёмки и проекции кинематографических систем «IMAX HD» и «Maxivision 48»;
50 — частота полукадров европейского стандарта разложения. Используется в электронных камерах для ТВЧ;
59,94 (60×1000÷1001) — точная полукадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC и частота кадров некоторых стандартов ТВЧ;
60 — частота киносъёмки в американском стандарте ТВЧ и системе «Шоускан» (англ. Showscan)^[13].

[2]^[15]. В телевидении для этих же целей при сохранении близкой к кинематографу кадровой частоты применяется чересстрочная развертка. Изображение целого кадра строится дважды — сначала чётными строками, а затем нечётными. Кроме того, кадровая частота телевидения изначально для упрощения конструкции приёмника привязывалась (а именно, в точности соответствовала) к частоте местных электросетей^[14]. В частности:

Европейский стандарт разложения 625/50 передаёт 50 полукадров в секунду, соответствуя промышленному току с частотой 50 Гц^[14].
Американский стандарт 525/60 — 60 полукадров в секунду, совпадая по частоте с электросетями Северной Америки.

вредным, оно приводило к появлению медленно плывущих по экрану участков разной яркости и другим проблемам у первых поколений телевизионных приёмников.

С появлением цветного телевидения стандарта NTSC полукадровая частота была изменена с 60 на 59,94 из-за технических особенностей модуляции цветовой поднесущей. Поэтому при телекинопроекции кадровая частота стала кратной — 23,976.

В разных телевизионных стандартах HDTV применяются чересстрочная и прогрессивная (построчная) развертки, поэтому изображение может передаваться как полями, так и целыми кадрами. Но в конечном счете, максимальная частота смены изображений по прежнему равна 50 Гц в Европе и 60 Гц в странах, использующих американскую систему (США, Канада, Япония и т. д.)

Телекинопроекция кинофильмов в американских стандартах разложения, основанных на кадровой частоте 30 Гц (29,97 Гц) происходит с частотой, близкой к стандартной — 23,976 кадра в секунду и последующей интерполяцией 3:2.

В России, при демонстрации старых фильмов снятых на киноплёнку с частотой 24 кадра в секунду, для адаптации их к частоте смены кадров в телевидении их пропускают с частотой в 25 кадров в секунду, при этом фильм ускоряется на 4 процента, что становится заметным по звуковому сопровождению, голоса становятся выше тоном.

Тот же процесс в европейских стандартах, основанных на кадровой частоте 25 Гц, происходит с этой частотой, незначительно ускоряя движение на экране. При этом фильм становится короче на 4 %, а частоты фонограммы повышаются на 0,7067 полутона.

В большинстве систем видеонаблюдения используется существенно пониженная частота кадров, поскольку их главной задачей является не качественная передача движения, а регистрация событий с максимальной длительностью при минимальном объёме информации. В современных стандартах цифровой видеозаписи частота кадров может быть переменной в зависимости от темпа движения и интенсивности потока видеоданных. Переменная кадровая частота используется в некоторых медиаконтейнерах для более эффективного сжатия видео.

Чересстрочная и прогрессивная развёртки[править | править код]

В телевидении для обеспечения передачи плавности движения в условиях ограниченной полосы пропускания канала передачи видеосигнала, каждый кадр последовательно передается двумя полями (полукадрами) — чётным и нечётным, что увеличивает частоту кадровой развертки вдвое. Сначала передаются нечётные строки (1, 3, 5, 7 …), затем чётные (2, 4, 6, 8 …). Такая развёртка называется чересстрочной. Исторически в аналоговом телевещании частота чересстрочной развёртки измеряется в полукадрах в секунду.

В компьютерных мониторах и в некоторых стандартах телевидения высокой четкости HDTV применяется построчная развёртка (англ. progressive scan), когда электронный луч проходит все строки по порядку (1, 2, 3, 4, 5…).

В потоке стандартов DVB и Blu-ray Disc, с разрешением Full HD, стандарты разложения с прогрессивной разверткой не используются в связи с ограничением ёмкости носителей и, соответственно, скорости потока видеоданных, а также с технологической сложностью декодирования. В этих случаях используются различные варианты стандарта 1080i, допускающие кадровые частоты 25 и 30 кадров в секунду с чересстрочной развёрткой^[16].

Кроме того Европейский вещательный союз (EBU) предпочитает обозначать вещательный стандарт комбинацией «разрешение/частота кадров» (не полукадров), разделённые косой чертой. Таким образом формат 1080i60 или 1080i50 обозначается как 1080i/30 и 1080i/25 в зоне действия Европейского вещательного союза, в который входят все страны СНГ.

Чтобы чересстрочное телевизионное изображение оптимально смотрелось на экране компьютера, применяют фильтр деинтерлейсинга (англ. deinterlacing).

Телевизоры с режимом 100 Гц[править | править код]

В телевизорах с диагональю экрана 72 см и выше, оснащённых электронно-лучевой трубкой, при 50 Гц (системы PAL и SÉCAM) при некоторых условиях заметно мерцание изображения вследствие повышенной чувствительности периферийного зрения. Это может приводить к утомлению глаз и даже заболеваниям. Поэтому в телевизионных приёмниках премиум-класса существует режим «100 Гц», при котором производится увеличение частоты кадров в 2 раза путём повторного показа каждого кадра изображения при удвоенной частоте развертки — принцип, сходный с холостой лопастью обтюратора в кинопроекции.

В телевизорах с меньшей диагональю режим «100 Гц», как правило, не используется, поскольку в них мерцание не так заметно. В плазменных, жидкокристаллических и OLED-телевизорах мерцание отсутствует, и речь может идти только о частоте обновления изображения. Поэтому наличие режима «100-герц» применительно к данному классу устройств может носить рекламный характер.^{[источник не указан 1667 дней]} Тем не менее, возможность обновления экрана с частотой 120 Гц нужна для того, чтобы можно было без мерцания наблюдать стереоизображение с частотой смены стереокадров 60 Гц через стереоочки с активным затвором.

Видимая на экране плавность движения зависит как от частоты съемки и отображения, так и от других факторов. Выдержка, получаемая киноплёнкой или передающей трубкой (матрицей) в момент съёмки одного кадра, может повлиять на передачу плавности быстрых движений. При очень коротких выдержках, существенно меньших, чем период смены кадров, быстрое движение на экране может восприниматься прерывистым («стробированным») вследствие отсутствия смазанности изображения каждого кадра, скрывающего временну́ю дискретность^[17]. Поэтому в кинематографе принято уменьшать угол раскрытия обтюратора только при специальных комбинированных съёмках. Передающие телевизионные трубки, как правило, имеют фиксированное время развертки одного кадра, определяемое движением считывающего электронного луча, и лишены возможности изменения «выдержки», соответствующей длительности полукадра за вычетом кадрового гасящего импульса. Однако современные видеокамеры, оснащенные ПЗС- и КМОП-матрицами, обладают такой возможностью за счет другой технологии считывания изображения. Большинство производителей используют для этой технологии, позволяющей выбирать время считывания кадра, торговое название «электронный обтюратор» (англ. Electronic shutter). При установке очень короткой выдержки быстрые движения на экране могут восприниматься отчетливо «дробными» вследствие полного отсутствия смаза изображения отдельных кадров и физиологических особенностей зрительного анализатора.

В компьютерных играх под кадровой частотой (англ. FPS, Frame Per Second, framerate) понимается частота, с которой процесс игры обновляет изображение в кадровом буфере. При этом игры можно разделить на два класса: игры с постоянной кадровой частотой и игры с переменной кадровой частотой. Игры с постоянной кадровой частотой выдают на слабых и мощных компьютерах одинаковое количество кадров в секунду. Если ресурсы компьютера невелики и он не справляется с прорисовкой, то замедляется вся игра. Игры с переменной кадровой частотой на слабых компьютерах начинают пропускать кадры, скорость игрового процесса не меняется.

В любом случае, выдаваемая игрой кадровая частота обычно не кратна кадровой частоте монитора, это приводит к рваному изображению. Для борьбы с этим существует режим вертикальной синхронизации (англ. V-Sync), а также плавающая синхронизация (технологии «AMD FreeSync» и «Nvidia G-Sync»).

Создаваемый трёхмерным движком кадр обычно резкий (в отличие от кадра видео), плюс игрок управляет происходящим в кадре — потому оптимальная кадровая частота в играх обычно больше, чем в кино, и начинается с 30 кадров в секунду.

Минимальная кадровая частота для создания ощущения плавности движения составляет ~12—18 кадров в секунду. Эта цифра установлена экспериментально на заре кинематографа. Эдисон считал необходимой частоту в 30—40 кадров в секунду, однако эта цифра исходила из заметности мельканий при кинопроекции и оказалась завышенной^[1].

Тем не менее, полное устранение «дробления» изображения при быстрых движениях возможно только при использовании частоты съёмки, превышающей критическую частоту заметности мельканий^[18]. При частотах, превышающих 48 Гц, изображение становится заметно более плавным и правдоподобным^[19]. Это заметно при сравнении на экране телевизора видеозаписи, снятой с большей временно́й дискретностью, и кинофильма. При просмотре видеозаписи (или передачи с телевизионной камеры) зритель видит 50 (или 60) изображений в секунду, каждое из которых отображает отдельную фазу движения, вследствие считывания камерой отдельных полукадров в разные моменты времени. Совсем другая картина наблюдается при просмотре кинофильма, снятого с частотой 24 кадра в секунду. Телевизор, также обладающий чересстрочной разверткой, все равно показывает в секунду только 25 изображений за счет того, что каждый кадрик кинофильма передается дважды: сначала чётным полем, затем нечётным^{[П 1]}. При этом, в отличие от видеозаписи, в которой каждое поле передает отдельную фазу движения, временная дискретность кинофильма вдвое ниже. Поэтому в кинофильмах движение выглядит более обобщенным, чем в видеозаписи. В некоторых профессиональных видеокамерах существует специальный «кинематографический» режим, обеспечивающий понижение временной дискретности изображения, путём одновременного запоминания матрицей четного и нечетного полей изображения с сохранением разрешающей способности, основанной на полном количестве строк в кадре. В результате, оба поля отображают одну и ту же фазу движения, приближая эффект от восприятия изображения к кинематографическому.

Повышение плавности передачи движения[править | править код]

Существуют разные мнения насчет необходимости повышения временной дискретности кинематографического и телевизионного тракта, и они основываются на различных эстетических позициях^[18]. Однако, уже сегодня существуют кинематографические системы, предусматривающие удвоенные против обычных частоты киносъемки и кинопроекции.

Такие зрелища доступны, например в кинотеатрах IMAX с поддержкой IMAX HD, а также в обычных кинозалах, оснащённых проекторами стандарта «Maxivision 48» (48 кадров/сек^[20]).

Существующее съёмочное оборудование в большинстве случаев рассчитано на стандартную частоту. Но оборудование в современных кинотеатрах уже сейчас позволяет воспроизводить фильмы с частотой до 60 кадров в секунду. Первым фильмом, снятым с частотой 48 кадров стал «Хоббит: Нежданное путешествие»^[21]^[22]. В 2020 году планируется выход фильма «Аватар 2»^[23], который по заявлениям будет иметь частоту не менее, чем в два раза превышающую стандартную 24 кадра в секунду. В 2018 году на 75-ом Венецианском кинофестивале был представлен фильм Виктора Косаковского «Акварель», снятый с частотой 96 кадров в секунду^[24].

В современных телевизорах также есть возможность искусственного увеличения плавности движения путём генерирования — при помощи интерполяции — дополнительных кадров, отображающих промежуточные фазы движения. Процессор телевизора на основе изображения двух соседних кадров вычисляет промежуточный кадр и таким образом увеличивает видимую плавность движения на экране. Качественная интерполяция движений в телевизорах обычно начинается с серии не ниже средней или высокой.

У разных производителей есть собственные наработки (DNM, Motion Plus) создающие промежуточные кадры «на лету». Существуют также программные средства для персонального компьютера, например Smooth Video Project (SVP, ранее — Smooth Video Pack), или отдельного мультимедийного проигрывателя, например Splash (в версиях PRO и PRO EX)^[25] от Mirilis, позволяющие создавать повышенную плавность. Качество каждого из решений может значительно различаться и требует дополнительных вычислительных ресурсов.

Обратной стороной прогресса стал эффект мыльной оперы, воспринимаемый некоторыми зрителями.

↑ При телекинопроекции в европейском стандарте разложения киноплёнка ускоряется до 25 кадров в секунду, что незаметно для зрителя. При телекинопроекции с американским стандартом разложения 29,97 кадров в секунду за счёт интерполяции 3:2 за секунду передаётся 23,976 кадров

↑ ¹ ² Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 182.
↑ ¹ ² Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 184.
↑ ¹ ² Основы кинотехники, 1965, с. 355.
↑ ¹ ² Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 185.
↑ Всеобщая история кино, 1958, с. 16.
↑ Основы кинотехники, 1965, с. 349.
↑ Гордийчук, 1979, с. 9.
↑ Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 186.
↑ Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 178.
↑ Артишевская, 1990, с. 8.
↑ Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 166.
↑ Specifications at a glance — Cinerama (англ.). The American WideScreen Museum. Дата обращения 12 мая 2012. Архивировано 12 августа 2012 года.
↑ Douglas Trumbull. Showscan: A 70mm High Impact Experience (англ.). in70mm (25 June 1987). Дата обращения 17 августа 2012. Архивировано 19 августа 2012 года.
↑ ¹ ² ³ Телевидение, 2002, с. 34.
↑ Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 150.
↑ Recommendation BT.709 (англ.). МККР (April 2002). Дата обращения 29 ноября 2012. Архивировано 10 декабря 2012 года.
↑ Гребенников, 1982, с. 153.
↑ ¹ ² Гребенников, 1982, с. 160.
↑ FAQ = Просмотр видео на компьютере с эффектом плавности движений (Trimension DNM, MSU FRC, MVTools и др.) [1] — Конференция iXBT.com
↑ Виды IMAX Архивировано 26 июня 2012 года.
↑ Питер Джексон будет снимать «Хоббита» на RED Epic | Новости Hardware — 3DNews — Daily Digital Digest
↑ 48 Frames Per Second (англ.)
↑ «Аватар-2» и «Аватар-3» подстегнут технический прогресс — Мир 3D
↑ Голливуд ждет революция: россиянин снял фильм в формате 96 кадров в секунду
↑ Free Splash Lite — Next Generation Player homepage

Е. М. Голдовский. Основы кинотехники / Л. О. Эйсымонт. — М.,: «Искусство», 1965. — 636 с.

Е. М. Голдовский. Кинопроекция в вопросах и ответах. — М.,: «Искусство», 1971. — 220 с.

В. Е. Джакония. Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 311—316. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1.

О. Ф. Гребенников. Глава III. Временны́е и пространственно-временны́е преобразования изображения // Основы записи и воспроизведения изображения / Н. К. Игнатьев, В. В. Раковский. — М.,: «Искусство», 1982. — С. 105—160. — 239 с.

Саломатин С. А., Артишевская, И. Б., Гребенников О. Ф. 1. Профессиональная киносъёмочная аппаратура и тенденции её развития в СССР // Профессиональная киносъёмочная аппаратура / Т. Г. Филатова. — 1-е изд. — Л.,: «Машиностроение», 1990. — С. 4—36. — 288 с. — ISBN 5-217-00900-4.

И. Б. Гордийчук, В. Г. Пелль. Раздел I. Системы кинематографа // Справочник кинооператора / Н. Н. Жердецкая. — М.,: «Искусство», 1979. — С. 7—67. — 440 с.

Жорж Садуль. Всеобщая история кино / Б. П. Долынин. — М.,: «Искусство», 1958. — Т. 2. — 523 с.

Кадровая частота — это… Что такое Кадровая частота?

Ка́дровая частота́ — количество сменяемых кадров за единицу времени в телевидении и кинематографе. Общепринятая единица измерения — кадры в секунду.

Кинематограф

В немом кинематографе стандартная частота киносъемки и кинопроекции составляла 16 кадров в секунду. С появлением в кино звука, стандартом стала частота 24 кадра в секунду, потому что старая скорость непрерывного движения кинопленки оказалась недостаточной для получения необходимого частотного диапазона качественной оптической фонограммы. Для замедления или ускорения движения на экране существует ускоренная (цейтраферная) и замедленная съемки. Киносъемка с частотой смены кадров, отличной от стандартной, позволяет наблюдать на экране процессы, невидимые глазом или привносит в кинофильм дополнительный художественный эффект.

В отличие от телевидения, не имеющего общемирового стандарта кадровой частоты, в звуковом кинематографе частота кадров стандартизирована и 24 кадра в секунду является стандартной частотой съемки и проекции во всем мире. В некоторых странах это вынуждает применять интерполяцию частоты при телекинопроекции. Однако, попытки некоторых разработчиков изменить общепринятую частоту в 24 кадра на 30, близкую к американскому стандарту разложения в телевидении, не увенчались успехом, и кинематографический формат «Тодд-АО», первоначально рассчитанный на такую частоту съемки и проекции, был приведен к общему стандарту. Не имели успеха некоторые форматы, рассчитанные на частоту в 48 и 60 кадров в секунду. Единственное исключение — некоторые стандарты 3D-кинопроекции, в которых используется удвоенная частота 48 кадров в секунду для проекции стереопары. При этом, для каждого глаза частота остается привычной — 24 кадра в секунду. В цифровом кинематографе частота кадров также принята во всем мире равной 24. Дробная частота 23,976 кадров в секунду является нестандартной и используется при телекинопроекции для интерполяции в американский стандарт цветного телевидения NTSC. Все частоты киносъемки, отличающиеся от 24 кадров в секунду, являются нестандартными и применяются в специальных случаях. Вместе с тем, попытки увеличить частоту съемки и проекции для усиления эффекта присутствия, начавшиеся практически сразу после появления кинематографа, не прекращаются по сей день.

Частоты киносъёмки и кинопроекции

16 — стандартная частота съёмки и проекции немого кинематографа;
18 — стандартная частота съёмки и проекции любительского формата «8 Супер»;
23,976 — частота телекинопроекции в американском стандарте разложения 525/60, применяемая для интерполяции без потерь;
24 — общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции;
25 — частота киносъёмки, применяемая при производстве телефильмов и телерепортажей для перевода в европейский стандарт разложения 625/50;
29,97 — точная кадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
30 — частота киносъёмки раннего варианта широкоформатной киносистемы «Tодд-AO»;
48 — частота съёмки и проекции по системе IMAX HD;
50 — частота полукадров европейского стандарта разложения. Используется в электронных камерах для ТВЧ;
59,94 — точная полукадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
60 — частота киносъёмки в американском стандарте ТВЧ и системе «Шоускан» (англ. Showscan).

Телевидение

Частота смены кадров в телевидении является частью стандарта разложения изображения и при его создании выбиралась исходя из уже существующей частоты смены кадров кинематографа, физиологических критериев, а также была привязана к частоте промышленного переменного тока. Физиологическим пределом заметности мерцания изображения считается частота в 48 Гц. В кинематографе для сдвига мерцаний выше физиологического предела применяется холостая лопасть обтюратора кинопроектора, перекрывающая изображение одного неподвижного кадрика вторично. В телевидении для этих же целей при сохранении близкой к кинематографу кадровой частоты применяется чересстрочная развертка. Изображение целого кадра строится дважды сначала четными строками, а затем нечетными. Кроме того, кадровая частота телевидения изначально для упрощения конструкции приёмника привязывалась (а именно, в точности соответствовала) к частоте местных электросетей. В частности:

Европейский стандарт разложения 625/50 передавал 50 полукадров в секунду.
Американский стандарт 525/60 — 60 полукадров в секунду.

При этом, по понятной причине, работоспособными были только телеприёмники, питающиеся от того же первичного генератора, что и передатчик. В дальнейшем, при появлении в телесигнале специальных управляющих синхроимпульсов, равенство кадровой частоты и частоты питающего напряжения стало вредным, оно приводило к появлению медленно плывущих по экрану участков разной яркости и другим проблемам у предыдущих поколений телевизионных приёмников.

Телекинопроекция кинофильмов в американских стандартах разложения, основанных на кадровой частоте 30 Гц происходит со стандартной частотой 24 кадра в секунду и последующей интерполяцией 3:2.

Тот же процесс в европейских стандартах, основанных на кадровой частоте 25 Гц, происходит с этой частотой, незначительно ускоряя движение на экране. При этом фильм становится короче на 4%, а частоты фонограммы повышаются на 0,7067 полутона.

Построчная и чересстрочная развёртки

В телевидении стандартной четкости для обеспечения передачи плавности движения в условиях ограниченной полосы пропускания канала передачи видеосигнала, каждый кадр последовательно передается двумя полями (полукадрами) — четным и нечетным, что увеличивает частоту кадровой развертки вдвое. Сначала передаются нечётные строки (1, 3, 5, 7 …), затем чётные (2, 4, 6, 8 …). Такая развёртка называется чересстрочной. Исторически в аналоговом телевещании частота чересстрочной развёртки измеряется в полукадрах в секунду.

В компьютерных мониторах и в некоторых стандартах телевидения высокой четкости HDTV применяется построчная развёртка (англ. progressive scan), когда электронный луч проходит все строки по порядку (1, 2, 3, 4, 5…).

Обозначение «50i» означает «50 полукадров в секунду, чересстрочная (interlace) развёртка».

Обозначение «60p» означает «60 кадров в секунду, построчная (progressive) развёртка». В потоке стандартов DVB и Blu-ray Disc, с разрешением Full HD, стандарты разложения с прогрессивной разверткой не используется в связи с ограничением ёмкости носителей и, соответственно, скорости потока видеоданных, а также с технологической сложностью декодирования.

Кроме того Европейский вещательный союз (EBU) предпочитает обозначать вещательный формат комбинацией «разрешение/частота кадров» (не полукадров), разделение косой чертой. Таким образом формат 1080i60 или 1080i50 обозначается как 1080i/30 и 1080i/25 в зоне действия Европейского вещательного союза, в который входят все страны СНГ.

Чтобы чересстрочное телевизионное изображение оптимально смотрелось на экране компьютера, применяют фильтр деинтерлейсинга (англ. deinterlacing).

Телевизоры с режимом 100 Гц

В телевизорах с диагональю экрана 72 см и выше, оснащенных электронно-лучевой трубкой, при 50 Гц (системы PAL и SÉCAM) становится заметно мерцание изображения вследствие большей чувствительности периферийного зрения. Это может приводить к утомлению глаз и даже заболеваниям. Поэтому в телевизионных приемниках премиум-класса существует режим 100 Гц, при котором производится увеличение частоты кадров в 2 раза путем повторного показа каждого кадра изображения при удвоенной частоте развертки — принцип, сходный с холостой лопастью обтюратора в кинопроекции.

В телевизорах с меньшей диагональю режим 100 Гц, как правило, не используется, поскольку в них мерцание не так заметно.

Плавность движения на экране

Видимая на экране плавность движения зависит как от частоты съемки и отображения, так и от других факторов. Выдержка, получаемая кинопленкой или передающей трубкой в момент съемки одного кадра, может повлиять на передачу плавности быстрых движений. При очень коротких выдержках, существенно меньших, чем обычная 1/60, быстрое движение на экране может восприниматься прерывистым («стробированным») вследствие отсутствия смазки изображения каждого кадра, скрывающего временну́ю дискретность. Поэтому в кинематографе принято уменьшать угол раскрытия обтюратора только при специальных комбинированных съемках. Передающие телевизионные трубки, как правило, имеют фиксированное время развертки одного кадра, определяемое движением считывающего электронного луча, и лишены возможности изменения «выдержки», однако современные видеокамеры, оснащенные ПЗС- и КМОП-матрицами, обладают такой возможностью за счет другой технологии считывания изображения. Обычно это называется «электронный обтюратор» (англ. Electronic shutter). При установке очень короткой выдержки быстрые движения на экране могут восприниматься отчетливо «рваными» вследствие полного отсутствия смаза изображения отдельных кадров и физиологических особенностей зрительного аппарата.

Компьютерные игры

В компьютерных играх под кадровой частотой (англ. FPS, Frame Per Second) понимается частота, генерируемая само́й игрой в зависимости от ресурсов компьютера и необходимости передачи движений разной интенсивности. При этом игры можно разделить на два класса: игры с постоянной кадровой частотой и игры с переменной кадровой частотой. Игры с постоянной кадровой частотой выдают на слабых и мощных компьютерах одинаковое количество кадров в секунду. Если (на очень слабых компьютерах) игра не справляется с прорисовкой, замедляется вся игра. Игры с переменной кадровой частотой на слабых компьютерах начинают пропускать кадры, скорость игрового процесса не меняется.

Плавность движения в кино и на видео

Необходимая кадровая частота для создания ощущения плавности движения составляет ~16-18 кадров в секунду.

Тем не менее, при большей частоте, например, начиная с ~50 кадров/сек,^[1] изображение становится заметно более плавным и правдоподобным. Это заметно при сравнении на экране телевизора видеозаписи, снятой с большей временно́й дискретностью, и кинофильма. При просмотре видеозаписи (или передачи с телевизионной камеры) зритель видит 50 (или 60) изображений в секунду, каждое из которых отображает отдельную фазу движения, вследствие чересстрочной развертки передающей камеры. Совсем другая картина наблюдается при просмотре кинофильма, снятого с частотой 24 кадра в секунду (при телекинопроекции частота увеличивается до 25 к/сек., что незаметно для глаза). Телевизор, также обладающий чересстрочной разверткой, все равно показывает в секунду только 25 изображений за счет того, что каждый кадрик кинофильма передается дважды: сначала четным полем, затем нечетным. При этом, в отличие от видеозаписи, в которой каждое поле передает отдельную фазу движения, временная дискретность кинофильма вдвое ниже. Поэтому в кинофильмах движение выглядит более обобщенным, чем в видеозаписи. В некоторых профессиональных видеокамерах существует специальный «кинематографический» режим, обеспечивающий понижение временной дискретности изображения, путем одновременного запоминания матрицей четного и нечетного полей изображения с сохранением разрешающей способности, основанной на полном количестве строк в кадре. В результате, оба поля отображают одну и ту же фазу движения, приближая эффект от восприятия изображения к кинематографическому.

Повышение плавности передачи движения

Существуют разные мнения насчет необходимости повышения временной дискретности кинематографического и телевизионного тракта, и они основываются на различных эстетических позициях. Однако, уже сегодня существуют кинематографические системы, предусматривающие удвоенные против обычных частоты киносъемки и кинопроекции.

Такие зрелища доступны, например в кинотеатрах IMAX с поддержкой IMAX HD (48 кадров/сек^[2]).

Существующее съёмочное оборудование в большинстве рассчитано на 24 кадра/сек. Но оборудование в современных кинотеатрах уже сейчас позволяет воспроизводить фильмы с частотой 60 кадр/сек. В ближайшем будущем появится фильм «Аватар 2»^[3], по заявлениям имеющий частоту не менее, чем в два раза большую 24 кадров/сек. К этому списку^[4] возможно, добавится «Хоббит».

На данный момент официально фильмов с частотой выше 24 кадров в секунду на конечных носителях не выпускается.

В современных телевизорах также есть возможность искусственного увеличения плавности движения путем генерирования — при помощи интерполяции — дополнительных кадров, отображающих промежуточные фазы движения. Процессор телевизора на основе изображения двух соседних кадров вычисляет промежуточный кадр и таким образом увеличивает видимую плавность движения на экране.

У разных производителей есть собственные наработки (DNM, Motion Plus) создающие промежуточные кадры «на лету». Существуют также, программные средства для персонального компьютера, вроде SmoothVideo Project (SVP, ранее — Smooth Video Pack) или отдельного проигрывателя^[5] Splash, позволяющие создавать повышенную плавность. Качество каждого из решений может значительно различаться.

См. также

Примечания

50Гц, 100Гц, 200Гц и HFR, 60fps что это?

Кадровая частота, частота кадросмен (англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) — количество сменяемых кадров за единицу времени в компьютерных играх, телевидении и кинематографе. Понятие впервые использовано фотографом Эдвардом Майбриджем, осуществлявшим эксперименты по хронофотографической съёмке движущихся объектов несколькими фотоаппаратами последовательно. Общепринятая единица измерения — кадры в секунду.

Кадровая развёртка — вертикальная составляющая телевизионной развёртки, применяющейся для разложения изображения на элементы и его последующего воспроизведения. Развёртка может быть механической или электронной. В более узком смысле кадровая развёртка — часть электронной схемы передающей камеры, телевизионного приёмника или монитора компьютера, осуществляющая разложение изображения или его воспроизведение в вертикальном направлении. Чаще всего это понятие употребляется применительно к устройствам, использующим электронно-лучевую трубку для формирования последовательности кадров телевизионного изображения с заданной частотой. Однако, понятие кадровой развёртки применимо и к устройствам с полупроводниковыми матрицами и экранами. Выражается в Герцах (Гц, Hz).

Никогда не путайте два этих понятия т.к. это немного разные вещи. Чтобы вы еще чётче смогли понять разницу – вот упрощение: Вы сможете посмотреть видеофайл с частотой кадров 60fps и на экране с развёрткой 50Гц.

Чтобы глубже понять в чём различия Кадровой частоты и Кадровой развёртки окунёмся в историю.
Давным-давно, когда телевидение было аналоговым, а экраны телевизора небольшими сигнал изображения передавался по воздуху или проводам. И был придуман эффективный и простой способ уменьшить затраты на его передачу.

Чересстрочная развёртка — метод телевизионной развёртки, при котором каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), составленные из строк, выбранных через одну. В первом поле развёртываются и воспроизводятся нечётные строки, во втором — чётные строки, располагающиеся в промежутках между строками первого поля.

Поэтому Кадровая развертка (или, что более точнее отражает суть “частота мерцания экрана”) это сколько таких кадров или полукадров ваш экран может отобразить за секунду. Но это было давно и актуально уже только для устаревших типов экранов ЭЛТ и с некоторым натяжением для плазменных экранов.

В современном мире господствуют жидкокристаллические экраны, поэтому они наиболее близко подошли к частоте смены кадров: частота обновления ЖК экрана это частота с которой на матрицу монитора подаются сигналы об изменении цвета пикселей. Если опять же упрощать: видеофайл с частотой кадров 60fps на экране 50 Гц будет показан с потерями.

Или обратный пример: современные видеокарты способны выдавать картинку до 400 Гц. Представьте: вы купили ПК вот с такой картой. А монитор у вас выдает максимум 75Гц. Получается Ваш монитор передаёт вам далеко не всё что на него передаёт видеокарта.

Даже если 15 кадров в секунду и достаточно для создания иллюзии движения, то для создания «эффекта погружения» нужно больше кадров. Визуальные исследования показали, что даже если нельзя различить отдельных изображений, частота кадров порядка 60-80 делает видео более реалистичным, усиливая четкость и увеличивая плавность движений.
более высокая частота кадров уменьшает количество визуальных артефактов движения — особенно это заметно при просмотре в кино. Движущиеся объекты могут иметь, например, стробоскопический эффект.

Частоты киносъёмки и кинопроекции

16 — стандартная частота съёмки и проекции немого кинематографа;
18 — стандартная частота съёмки и проекции любительского формата «8 Супер»;
23,976 — частота телекинопроекции в американском стандарте разложения 525/60, применяемая для интерполяции без потерь;
24 — общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции;
25 — частота киносъёмки, применяемая при производстве телефильмов и телерепортажей для перевода в европейский стандарт разложения 625/50;
29,97 — точная кадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
30 — частота киносъёмки раннего варианта широкоформатной киносистемы «Tодд-AO»;
48 — частота съёмки и проекции по системе IMAX HD;
50 — частота полукадров европейского стандарта разложения. Используется в электронных камерах для ТВЧ;
59,94 — точная полукадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
60 — частота киносъёмки в американском стандарте ТВЧ и системе «Шоускан» (англ. Showscan).

Даже Apple представила мобильные устройства с дисплеями в 120Гц – то наверное не стоит брать телевизор на 50-60Гц когда рядом стоит на 100Гц.

Развертка обеспечивает плавное изображение, четкую раскадровку движущихся объектов.
Разрешение обеспечивает реалистичную прорисовку каждого кадра, когда можно рассмотреть все детали, точно передается цвет, движение воды или людей.
Выбирая, какая модель экрана лучше, стоит анализировать все ключевые характеристики в совокупности, чтобы и разрешение экрана, и частота обновления кадров были на уровне.

Влияние частоты на зрение.

В ЖК мониторах, свет возникает в лампах подсветки, которые в любом случае имеют частоту выше 150 Гц. Для LCD мониторов хоть и указывается частота обновления, она означает скорость смены картинки самой TFT матрицы.
ЖК мониторы с LED подсветкой, в частности дешёвые, для регуляции яркости используют — изменение частоты мерцания диодов посредством ШИМ, что иногда приводит к видимому морганию. Это вызывает дополнительную усталость для глаз. Тут 2 варианта – либо увеличивать яркость в большую сторону, нагружая глаза, либо уменьшать, тоже нагружая глаза морганием. Лучше выбрать золотую середину — максимальное, комфортное значение яркости.

Для активных затворных 3D очков и некоторых пассивных, используются ЖК матрицы с частотой обновления ~120Гц, по 60Гц для каждого глаза. Данные мониторы/TV можно использовать на частоте 120 Гц и без очков, что идеально подойдёт игровым энтузиастам, так как количество реальных кадров в секунду будет в два раза выше стандартных 60 к/c. Также в них используются специальные лампы или диоды с повышенной частотой работы, что значительно меньше нагружает глаза. Встретить мерцание на данных мониторах — практически невозможно, но и запас яркости ламп подсветки они имеют значительный.

Популярные видеохостинги, в том числе YouTube, вводят поддержку потокового воспроизведения видео высокого качества на скорости 60fps. Поэтому убедиться в преимуществах такого типа видео вы можете прямо сейчас:

Резюмируя вышесказанное

Когда впервые появились компакт диски, многие критиковали их за то, что музыка стала слишком чистой и отсутствовал характерный звук виниловой пластики. Это очнеь похоже на ситуацию с высокой частотой кадров (далее: HFR ). Проще говоря, низкой частоте кадров всегда найдется применение, но использование HFR предпочтительней т.к. всегда можно вернуться к более низкой частоте. Однако, как уже говорилось выше не везде необходимо использование HFR, так что со временем, технология может просто стать инструментом подобно тому, как сейчас используют угол затвора.
Огромный шаг был сделан и в отношении разрешения — с развитием 4к кино — что тоже заслуживает детального рассмотрения и исследования. Но в конечном счете, наши глаза получают изображение окружающей среды с бесконечным количеством кадров, бесконечным разрешением, в 3D; наш мозг обрабатывает получаемую информацию и превращает либо в видео, либо в отдельные кадры. Более высокая частота, 4к+ разрешение все больше и больше приближают нас к отражению реальности в кино.

Недавно вышел фильм Питера Джэксона «Хоббит», снятый при 48 кадрах в секунду (что в 2 раза больше стандарта киношной съемки в 24). Питер тогда сказал:
«Многие кинокритики холодно отнесутся к отсутствию размытие при движении и стробоскопическим артефактам, но вся наша съемочная команда-многие из которых являются экспертами в кино –после выхода фильма поддерживают меня. К новой частоте кадров быстро привыкаешь и начинаешь воспринимать более естественно. Это похоже на то время, когда CD-диски вытеснили виниловые пластинки. Я считаю что то же самое будет в кино и мы очень быстро приближаемся к тому моменту, когда фильмы с высокой частотой кадров будут выпускаться массово.»

Но есть и другой взгляд на эту ситуацию. Например, Найм Сезерлэнд (Naim Sutherland) так относится к высокой частоте кадров:
«Цель кинематографа не в том, чтобы зеркально отразить нашу реальность или детально показать ее. Я, например, хочу создать небольшую физическую связь между вами и моими фильмами. Я хочу погрузить зрителя в мир самой истории, чтобы он поверил в нее и забыл о себе, своей жизни и был только с фильмом наедине.
Не показывая достаточно информации визуально, мы заставляем мозг работать и самому заполнять пробелы информации… что еще больше погружает зрителя в фильм. И это является частью того, когда зритель смеется, плачет, или пугается.»

Кадровая частота — Википедия

Ка́дровая частота́, частота кадросмен (англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) — количество сменяемых кадров за единицу времени в компьютерных играх, телевидении и кинематографе. Понятие впервые использовано фотографом Эдвардом Майбриджем, осуществлявшим эксперименты по хронофотографической съёмке движущихся объектов несколькими фотоаппаратами последовательно^[1]. Общепринятая единица измерения — кадры в секунду.